流砂层灌注桩人工成孔钢管井架和工具式模板超前支撑混凝土护壁施工工法研究

胡岩

（甘肃第四建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 7300000）

人工成孔灌注桩由于施工方便、速度较快、不需要大型机械设备、造价低等优点，在民用建筑中得到了广泛应用，特别是西北地区很多工程的基础设计中采用人工成孔灌注桩[1]。当人工成孔灌注桩施工遇到较厚流砂层时，人工成孔易发生塌孔的问题，尤其是扩大头部位不易成形，传统的施工方法是采取混凝土护壁或钢护筒的支护方法，但是，在流砂层内分段施工混凝土护壁时易出现护壁下沉的问题，采用钢护筒时扩大头部位无法施工，且钢护筒难以拔出[2，3]。为解决上述难题开展研究，形成了流砂层内灌注桩人工成孔超前支撑混凝土护壁技术，并成功应用于多项同类地质情况的工程。

1 工程应用

兰州城市学院图书馆扩建工程，框架结构，地下一层，地上六层，面积8065m²，共45根井桩；兰州城市学院多功能田径运动场工程看台部分，共35根井桩；兰州市安宁区安宁堡街道城中村改造重建安置小区（东区）项目，共118根井桩；场地地质均遇到流沙层，采用传统的钢套管支护及混凝土护壁无法彻底解决井壁坍塌的难题，给保障施工人员安全及工程进度、质量造成了很大困难。为保障护壁施工的安全在人工成孔施工中均采用了井字架超前支撑砼护壁的施工方法，其在实际工程中的应用，解决了在流砂层内施工时的难题，为流沙层灌注桩的施工操作提供借鉴。

2 工法特点及适用范围

2.1 工法特点

1）人工成孔灌注桩施工，当遇到较厚流砂层时，采用4块扇形工具式模板及钢管井字架支撑进行混凝土护壁施工，有效地防止了桩孔坍塌，模板可现场加工制作。

2）井字架支撑系统采用Φ48×3.5钢管及扣件，该井字架既支撑上一节混凝土护壁，防止其下沉，又作为护壁模板的支撑系统，有效地防止了混凝土护壁下沉、倾斜。

3）本工法操作方便、安全可靠、投资少、模板支撑可现场加工制作，确保了井下施工人员的安全，保证了桩基施工质量。

2.2 适用范围

本工法适用于人工成孔灌注桩在细粉土层、粉细砂层、流砂层等地质条件下人工成孔护壁施工，同时也适用于在扩大头部分易产生坍塌情况时施工以及有地下水时以及先进行井点降水再采用本方法进行人工成孔。

3 工艺原理

1）根据人工成孔井桩流砂层施工的高度，制作4块扇形工具式模板，模板高度500mm-700mm，开挖时桩身四周不会造成严重坍塌现象。

2）井字架支撑系统采用脚手架钢管及扣件，上一节混凝土护壁施工完后，将4根立杆打入下部土层800mm、4根水平杆呈井字形支托在上一节混凝土护壁下口，再进行挖土，开挖500mm深后，进行混凝土护壁施工，此时护壁支承在桩孔底土层上。混凝土护壁始终交替支承在水平钢管支撑上或土层表面，有效防止了施工中流砂的坍塌和混凝土护壁自身的下沉、脱落。

3）每施工一节护壁，井字架支撑就向下移一节，直到持力层部位时，停止护壁施工。

4 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

流砂层灌注桩人工成孔钢管井架和工具式模板超前支撑混凝土护壁施工的工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

4.2 主要施工操作要点

4.2.1 混凝土护壁工具式模板制作

1）模板制作前认真熟悉图纸，核对桩基施工图，确保模板尺寸准确；

2）制作工具式模板，可采用8mm厚钢板做模板，65×5角钢做竖楞；也可选用50×50mm木方作为内楞，1mm厚的镀锌铁皮做模板面，组拼成四分之一圆柱形或圆台形模板。

3）根据设计桩直径将一个圆形桩均分为四块定型模板组拼，其组拼后的模板上口直径与设计桩径相同，下口直径大于设计桩径50mm，模板高度以500mm为宜，见图2。

图2 模板制作展开图

4.2.2 模板施工操作要点

1）模板支撑必须有足够刚度和稳定性；

2）模板拼装接缝需平整严密，以防止漏浆；

3）模板吊装就位前必须经检查吊绳、套扣是否牢固，起吊过程中设专人指挥，吊装需缓慢平稳，确保吊绳角度正确，以免出现成品拉坏及伤人事故；

4）模板校正就位后，必须用重物和斜向支撑将模板压紧、卡牢，以防在混凝土浇筑过程中，由于混凝土的挤压力，模板出现变形和位移。

4.2.3 桩孔开挖与井字架支撑系统操作要点：

1）井字架支撑的作用是既支撑模板，又支托上一节护壁。

2）井孔挖至流砂层后，即开始采取超前支撑的方法施工护壁。

3）由于流砂层的流动性影响，已完成的上部护壁在开挖下部桩孔时会出现下沉或位移。如图3，开挖下一节桩孔前，先将4根Φ48×3.5垂直支撑钢管打入下部土层后，用水平钢管与垂直钢管扣件连接，水平钢管必须深入到上一节护壁的底部，以支托上一节护壁，防止上一节护壁发生下沉、位移。然后进行桩孔开挖，深度不超过500mm，再绑扎护壁钢筋，支设工具式模板，浇筑护壁混凝土，养护后拆除模板。如此逐节向下循环作业。

图3 超前支撑施工示意图

4）垂直支撑钢管高度以≥800mm为宜。

5）钢管支撑必须保证支撑点稳定、牢固，支撑点数量不少于八个。

6）开挖流砂层时要随时注意上一节护壁底部的稳定情况。

4.2.4 护壁操作要点

1）混凝土护壁厚度不应小于100mm。

2）护壁混凝土强度等级不应低于桩身混凝土强度等级。

3）混凝土护壁构造钢筋直径不小于8mm。

4）护壁混凝土应振捣密实。

4.2.5 其他操作要点

1）在场地三通一平的基础上，依据基础平面布置图，测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。桩位定好之后，必须进行复查，办好预检手续。

2）确定好桩位中心后，砌筑井口砖护圈，并在砖护圈上口用1：2.5水泥砂浆抹平，并弹出轴线。

3）开挖桩孔土方，土质较好的部位每节开挖的高度一般以0.9-1.2m为宜。

4）每开挖一节桩孔土方均应检查桩位中心线。

5）第一节桩孔成孔以后，即着手在桩孔上口架设垂直运输支架及安装电动葫芦。

6）当挖至流砂层时，每节桩孔开挖的高度一般控制在500-700mm为宜，并进行混凝土护壁施工。

5 结语

兰州城市学院图书馆扩建工程等工程采用了超前支护施工技术，在流砂层人工成孔施工方面与传统的混凝土护壁方法相比，解决了护壁下沉位移的难题；与钢护筒护壁施工方法相比，减少了投资，降低了工程造价，同时避免了钢护筒拔不出来的问题。